(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円周方向に複数の部品に分断されていて、端面側から内部側に向うほど内径が小さくなっているテーパ形状が内周に形成されている把持体を用意し、エンドプレートの貫通穴および間隔をおいて複数重ね合わされたフィンの貫通穴に、前記把持体の端面から前記テーパ形状の最小径部までの長さよりも長い突き出しを残して、管を挿し通す第一工程と、
前記把持体を前記端面が前記エンドプレートに当接するように配置し、前記管の管口から、拡管用のビレットを圧入して、管の管口部に所定長の拡管部を成形する第二工程と、
前記把持体を縮径し、前記把持体が前記拡管部の外面に、前記管口から近い側の径が小さく遠い側の径が大きいテーパ状部を成形する第三工程と、
前記ビレットを前記管口部より奥に圧入することにより拡管を実施して、前記エンドプレートと前記フィンと前記管とを一体化する第四工程と、
を備える熱交換器の製造方法。
【請求項２】
前記把持体は、管軸方向に前記テーパ形状を複数段有することを特徴とする請求項１に記載の熱交換器の製造方法。
【請求項３】
前記把持体は、断面形状が楕円形であることを特徴とする請求項１又は２に記載の熱交換器の製造方法。
【請求項４】
前記把持体は、前記管口部に設けるフレア部の外面形状と一致する形状を内面に備え、前記管口より前記管内部に圧入されるフレアポンチと前記把持体とで前記管口部を挟み込むことにより前記管口部に前記フレア部の成形を行う第五工程と、
を備える請求項１乃至３のいずれか１項に記載の熱交換器の製造方法。
【請求項５】
貫通穴を有し間隔をおいて複数重ね合わされたフィンと、
貫通穴を有し前記間隔をおいて複数重ね合わされたフィンの端部に配設されるエンドプレートと、
前記エンドプレートの貫通穴および前記複数のフィンの貫通穴に突き出しを残して挿し通され、拡管されることにより前記エンドプレートおよび前記複数のフィンと一体化される管と、
を備える熱交換器であって、
前記管は、管口から近い側の径が小さく遠い側の径が大きいテーパ状の成形部を有し、前記テーパ状の成形部の最大径部は前記管の突き出しに内在し、前記突き出しの長さは前記エンドプレートから前記テーパ状の成形部の最小径部までの長さよりも長い熱交換器。
【請求項６】
管は、テーパ状の成形部を管軸方向に複数備えていることを特徴とする、請求項５に記載の熱交換器。
【請求項７】
テーパ状の成形部は、断面形状が楕円形であることを特徴とする、請求項５又は６に記載の熱交換器。
【請求項８】
請求項５乃至７のいずれか１項に記載の熱交換器と、
冷媒を圧縮しこの冷媒を前記熱交換器に吐出する圧縮機と、
前記熱交換器を風冷するファンと、
前記圧縮機とファンに電源を供給し、これらを制御する電気品箱と、
前記熱交換器と圧縮機とファンと電気品箱を収納する筐体、底板、天板と、
を備える空気調和機の室外機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、空気調和機の室外機等に使用される熱交換器およびその製造方法、ならびに空気調和機の室外機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
空気調和機等に用いられる熱交換器においては、貫通穴を設けたフィンを複数枚重ね合わせ、この貫通穴にヘアピン管または直管を挿し通し、拡げたい管径を有するビレットを管内に圧入することにより拡管し、フィンと管とを圧接させて一体化する。圧入の際には、ビレットを挿入する側の管口部を固定することにより、管が拡管に伴う管軸方向の圧縮荷重を受けて、管長が短くなるのを防止している。
管口部の固定は、以下の手順による。すなわち、管口部の所定長さのみを一旦拡管し、拡管部の外面に把持体を配置し、縮径すると、管外面が軸方向断面視略矩形状に陥没して塑性変形する。ここで、陥没部に把持体先端の凸部（把持部）が食い込むことにより、拡管時の管軸方向の大きな荷重に耐えることができる。
このとき、管外面側の塑性変形に伴い、内面側もほぼ同一形状となるように塑性変形し、管軸心方向に軸方向断面視略矩形状の出っ張りが形成される（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−３０１２７１号公報（第４−６頁、第２−５図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、従来の熱交換器では、管内面に形成された軸方向断面視略矩形状の出っ張りのため、拡管後ビレットを管口部側へ引き抜く際に、ビレットが出っ張りに引っ掛かり容易に引き出せなかった。従って、管の内部摩擦抵抗が大きくなると、管またはビレットに過大な荷重がかかり、ビレットまたは管が破損する恐れがあった。一方、拡管部外面の陥没量を浅く成形すると内面側への出っ張りも小さくでき、ビレットを引き抜く荷重を低減することができるものの、拡管時の把持力が低減されるため、拡管時に把持部が滑ってしまう問題があった。
【０００５】
この発明は上述のような問題を解決するためになされたもので、熱交換器の拡管時に生じる管軸方向の荷重に抗するための把持力を低減させることなく、拡管終了後のビレット引き抜き時に発生する荷重を低減させることができ、熱交換器の製造品質を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る熱交換器の製造方法は、円周方向に複数の部品に分断されていて、端面側から内部側に向うほど内径が小さくなっているテーパ形状が内周に形成されている把持体を用意し、エンドプレートの貫通穴および間隔をおいて複数重ね合わされたフィンの貫通穴に、把持体の端面からテーパ形状の最小径部までの長さよりも長い突き出しを残して、管を挿し通す第一工程と、把持体を端面がエンドプレートに当接するように配置し、管の管口から、拡管用のビレットを圧入して、管の管口部に所定長の拡管部を成形する第二工程と、把持体を縮径し、把持体が拡管部の外面に、管口から近い側の径が小さく遠い側の径が大きいテーパ状部を成形する第三工程と、ビレットを管口部より奥に圧入することにより拡管を実施して、エンドプレートとフィンと管とを一体化する第四工程と、を備える。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、管外面が管口から近い側の径が小さく遠い側の径が大きくなるようにテーパ状に成型され、この部分を把持してから拡管するため、管口から近い側の管外面に設けられた従来と同じ深さの段差に把持体を引っ掛けることができ、拡管時の把持力を低減させることはない。また、管口から遠い側の管外面の段差が小さくなり、その部分に対応する管内面の出っ張りも小さくなることにより、拡管完了後のビレット引き抜き荷重を小さくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
実施の形態１．
図１から図６は、この発明を実施するための実施の形態１における熱交換器、およびその製造装置の構成、ならびに製造方法を示すものである。
図１（イ）は熱交換器、及びこれを製造するための装置の主要機器構成を示すものであり、熱交換器は、気中に放熱するためのフィン１、内部に冷媒を通過させ冷媒の熱をフィン１に伝える管２、及びサイドプレート３から構成される。一方製造装置は、拡管のために管内部に圧入されるビレット４、ビレット４を支持しこれに駆動力を伝達するためのマンドレル５、管口部を成形し、かつ拡管時に管口部付近を把持する把持体６、管軸回りに回転しながら前進、後退することにより把持体を縮径・拡径させるスリーブ７、管口部にフレア部を成形するためのフレアポンチ８から構成される。
把持体６を軸方向から見た断面拡大を図１（ロ）に示しており、把持部６ａは円周方向に複数の部品に分断されているため、これらの間隔を狭めることにより、把持部６ａを全体として縮径させることが可能である。
また、把持体６とスリーブ７は同じ勾配の管状テーパ面６ｂ、７ｂを有しており、把持体６のテーパ面６ｂ外面にはオスねじが、スリーブ７のテーパ面７ｂ内面にはメスねじが加工されている。ここでスリーブ７を回転させつつ図面右方向に前進させることにより、両ねじが噛み合って、把持部６ａを縮径させることができ、逆方向に回転させつつ図面左方向に後退させることにより、把持部６ａを拡径させることができる。
【０００９】
次に拡管方法、ならびに管口部付近の管の成形方法について説明する。
まず、図２に示すように、エンドプレート３と複数枚のフィン１を所定間隔をおいて重ね合わせて並べ、フィン１とエンドプレート３に予め設けられた貫通穴に管２を挿し通す。ここで管口部を成形し把持する把持体６をエンドプレート３に当接するように配置し、管口部に成形すべき所定長を確保する。次にマンドレル５を図面右方向に前進させ、その先端に設けられたビレット４を管口から管内に圧入し、所定長の拡管部２ａを成形する。
次いで図３に示すように、スリーブ７を回転させつつ前進させることにより、把持体６の把持部６ａを縮径させる。把持部６ａは、管口から近い側の径が小さく、遠い側の径が大きいテーパ形状を有しているため、管外面にも同じテーパ形状２ｂが成形される。このテーパ形状の凹み部分に把持部６ａが嵌まり込み、拡管時の強い管軸方向の荷重に対して管２を把持することができる。
上記の通り管を把持した上で、図４に示すようにマンドレル５を更に管奥方向に前進させて、ビレット４を反対側端部付近（図示せず）まで圧入し、フィン１の存在する全長に渡って拡管部２ｃを成形する。これにより管２とフィン１及びエンドプレート３が一体化されて、熱交換器が形作られる。このとき、管口部のテーパ成形部２ｂを把持し、管の反対側端部（図示せず）も固定した状態で拡管を行うため、ビレット４を圧入して拡管しても管長が縮むことはない。
次に図５に示すようにフレアポンチ８を管２の管口部に圧入して、フレア部２ｄを成形する。隣接する管２同士を接合して一つの冷媒回路を構成するようにするためには、Ｕ字状の管継ぎ手を用いてロウ付けすることにより行われているが、このフレア部２ｄはＵ字状の管継ぎ手を挿入してロウ付けするために成形される。
以上述べた内容で、管２に施すべき成形作業は完了するので、最後に図６に示すように、熱交換器本体と製造装置とを分離する。まず、スリーブ７を回転させながら図面左方向に後退させて、把持部６ａを拡径させる。次に、フレアポンチ８、マンドレル５、ビレット４を後退させて、管口部から引き抜く。
【００１０】
上記のような熱交換器の製造方法によれば、管外面２ｂが管口から近い側の径が小さく遠い側の径が大きくなるようにテーパ状に成型されているため、管外面に設けられた従来と同じ深さの段差に把持体６の把持部６ａを引っ掛けることができ、図４に示す拡管時の把持力を低減させることはない。
また、図６に示す最後の工程において、マンドレル５を後退させてビレット４を管から引き抜く際には、管口から遠い側の管外面の段差が小さくなり、それに対応する管内面の出っ張りも小さくなるため、従来のようにビレット４を引き抜き時にエッジに引っ掛けることがなく、引き抜き荷重を低減することができる。このことにより、管の内部摩擦抵抗が大きくなった場合でも、管またはビレットに過大な荷重がかかって破損することはなく、熱交換器の製造品質を高めることができる。
また、図１〜６に表された管の端部とは反対側の端部も、管２の拡管時には固定を行うが、ビレット４を管から引き抜くときには、この部位の受ける荷重も低減することができるため、この部分の打痕をなくすことができ、外観上も優れた熱交換器を得ることができる。
更に、把持体６の把持部６ａをテーパ形状とすることにより、これを縮径するときの荷重を小さくすることができるため、スリーブ７を駆動させるシリンダー等の負荷を低減することができるという効果もある。
一方、この方法により製作された熱交換器は、製造時にビレット引き抜き時の強い引っ張り荷重を受けていないため、従来品のように強い引っ張り過重を受けて管口部周囲が薄肉化されることもなく、機械強度上有利であり、耐久性に優れているという特徴を備えている。
【００１１】
実施の形態２．
図７はこの発明を実施するための実施の形態２における熱交換器、及びこれを製造するための装置の主要機器構成を示すものであり、実施の形態１との相違点は、把持体６の把持部６ｃが複数段のテーパ形状を有する点である。これに伴って、管口部外面には複数段のテーパ形状２ｅが成形されることとなる。その他の機器構成、動作については、実施の形態１と同様であるため、詳細は省略する。また、製造の方法についても、図２乃至図６に示される実施の形態１における記載と同様であるため、詳細は省略する。
【００１２】
上記のような熱交換器の製造方法によれば、管口部外面に拡管時に発生する管軸方向の荷重を、２ｅ部の複数の管軸に垂直な面で分担することが可能となる。したがって、１段あたりの負担する荷重が実施の形態１と比較して低減されるため、段の深さを浅くすることが可能であるにもかかわらず、管軸方向の把持力を同じに保つことができる。
【００１３】
ここで、実施の形態１との効果を対比するために、把持部６ｃのテーパ形状の段数とピッチ変えた場合に、把持力の測定を行った一例を以下に示す。肉厚０．４７ｍｍのアルミ管を使用し、管の外径をφ７．４ｍｍからφ７．０ｍｍに縮径した場合（縮径量Δｄ＝０．４ｍｍ）に、テーパ形状のピッチＰを変化させてその時の把持力を測定した（Δｄ、Ｐの寸法の定義については、図８（イ）参照）。結果を、横軸にΔｄ／Ｐ（エッジの鋭さを表す無次元量）、縦軸に把持力（Ｎ）をとってデータをプロットすると図８（ロ）に示すとおりである。０．１≦Δｄ／Ｐ≦０．３あたりに把持力が極大となる最適形状が存在するのがわかる。
これは、以下の通り説明できる。すなわち、Δｄ／Ｐを大きくしてエッジを鋭くすると、段差を多く設けることができるが、把持部６ｃのＶ溝が急峻であるため、管外面がこのＶ溝深くまで追随して成形されにくくなり、１段当たりの把持部と管外面の各々のＶ溝の引っ掛かりが浅くなる。逆にΔｄ／Ｐを小さくしてエッジを鈍くすると、把持部のＶ溝が緩やかな形状となるため、管外面は比較的正確に把持部の形状に追随して成形され、１段当たりのＶ溝の引っ掛かりを深くすることができるものの、段数を増やすことができなくなる。把持力は１段当たりの引っ掛かりと段数で決まり、前述のとおりピッチＰに対して両者はトレードオフの関係にあるため、把持力が極大となるＰ（Δｄ／Ｐ）の最適値が存在し、それが上記不等式にて示される範囲ということになる。
Ｐの値は管口部の長さの制約、Δｄは管の肉厚から制約されるが、上記のように把持力を極大化させるようなΔｄ／Ｐを選ぶことにより、実施の形態１と比較して把持力を大きくさせることが可能である。また、本把持力の測定はΔｄを一定にした状態で行ったが、Δｄを小さくすると把持力は当然小さくなる。しかし、前述の極大値付近のΔｄ／Ｐを選ぶことにより、Δｄを小さくしてもなお、実施の形態１に示す１段のテーパ形状を有するものと同等の把持力を維持することが可能であることがわかる。
【００１４】
また、管口から近い側の径が小さく、遠い側の径が大きくなるようなテーパの形状が管口部に成形されているため、実施の形態１と同様ビレット引き抜き時の荷重を低減させることができるが、管内面に成形される出っ張りが実施の形態１と比較して小さくなるため、更に過重を低減させることができる。
一方、この方法により製作された熱交換器は、実施の形態１の方法により得られるものと同様、機械強度面、耐久性の面で優れているという特徴を備えている。
【００１５】
実施の形態３．
図９はこの発明を実施するための実施の形態３における熱交換器、及びこれを製造するための装置の主要機器構成を示すものであり、実施の形態１との相違点は、把持体６の把持部６ｄの断面が図９（ロ）に示すように楕円形状をしている点である。その他の機器構成、動作については、実施の形態１と同様であるため、詳細は省略する。また、製作の方法についても、図２乃至図６に示される実施の形態１における記載と同様であるため、詳細は省略する。
この把持部６ｄを用いて管２を成形することにより、楕円断面を有するテーパ形状２ｆが管口部に得られる。
また、図９（イ）では把持体の把持部が１段のテーパ形状のものを示したが、実施の形態２において提示した複数段を備えるものでも同様に本発明を実施するための製造装置を構成することができる。
【００１６】
上記のような熱交換器の製造方法によれば、管口から近い側の径が小さく管奥部の径が大きい１段のテーパ状、又は複数段のテーパ状に成形されているため、実施の形態１又は２で説明したのと同じ効果を奏する。
空気調和機ではユーザの安全を確保するため、室内機より室外機の耐圧強度を低く設計し、また、室外機においては、圧縮機よりも熱交換器の方が耐圧強度を低く設計することが定められている。本発明による熱交換器の製造方法によれば、管の成形部２ｆの断面形状を楕円形とすることにより、楕円の極率を変化させてこの部分の耐圧強度を任意に設計することが可能となるため、設計自由度が高まるという利点がある。
【００１７】
実施の形態４．
図１０はこの発明を実施するための実施の形態４における熱交換器、及びこれを製造するための装置の主要機器構成を示すものであり、実施の形態１との相違点は、把持体６の内面に所定のフレア部２ｄの外面形状と一致する部分６ｅを設けた点である。その他の機器構成、動作については、実施の形態１と同様であるため、詳細は省略する。また、製作の方法についても、図２乃至図６に示される実施の形態１における記載と同様であるため、詳細は省略する。
また、図１０では把持体の把持部が６ａである１段のテーパ形状のものを示したが、実施の形態２において提示した複数段を備える６ｃでも同様に本発明を実施するための製造装置を構成することができる。
【００１８】
上記のような熱交換器の製造方法によれば、管口から近い側の径が小さく遠い側の径が大きい１段のテーパ状（２ｂ）、又は複数段のテーパ状（２ｅ）に成形されているため、実施の形態１又は２で説明したのと同じ効果を奏する。
また、従来の方法では、フレア部２ｄを成形する際に管２が肉厚であると、フレア部の成形精度が悪くなるため接続部での気密性が悪くなるという問題があったが、上記のような熱交換器の製造方法によれば、フレアポンチ８と把持体内面６ｅとで挟み込んでフレア部２ｄを成形するため、管２が肉厚であってもフレア部２ｄを精度よく成形することが可能となり、接続部のロウ付けが確実に行えるようになるため、この部分の気密を良好に保つことができるという効果もある。
【００１９】
実施の形態５．
以上説明した本発明による熱交換器を使用した空気調和機の室外機について図１１を用いて説明する。室外機は、熱交換器１０、ファン１１、圧縮機１２、電気品箱１３、及び底板１４、筐体１５、及び天板１６とから構成される。室外機の底板１４上で左側面から後背面に沿ってＬの字形に湾曲させた熱交換器１０が設置されており、その前面側にファン１１および圧縮機１２が配置され、圧縮機１２の上部には、各機器に電源を供給しこれらを制御する電気品箱１３が配置されている。また、この熱交換器１０は、実施の形態１乃至４に示した方法により製造されたものが使用されている。
ここで、本空気調和機の室外機の動作について、冷房運転時の場合について示す。室内機で暖められた冷媒ガスが室外機に戻ってきて、圧縮機１２により圧縮され高温となる。この冷媒ガスは熱交換器１０に送られるが、ファン１１によって送風された外気により冷却され、冷媒が液化されて、これが再び室内機へと送られる。以上述べた動作により、室内機で暖められた冷媒を室外機において冷却することができ、冷房対象室内を冷却することができる。
【００２０】
一般的に空気調和機の室外機においては、熱交換器の管口部周辺が拡管や把持部成形のような塑性加工を経たうえに、ロウ付けによる熱影響を受けているため、もっとも強度的に弱い部分の一つとなっている。本発明に係る空気調和機の室外機については、実施の形態１乃至４において示した発明による熱交換器が使用されているため、製造時にビレット引き抜き時の強い引っ張り荷重を受けていない。従って、従来品のように強い引っ張り過重を受けて管口部周囲が薄肉化されることもなく、機械強度上有利であり、耐久性に優れているという特徴を備えている。
従って、空気調和機の室外機として見た場合にも本発明によるものは、耐久性に優れているということができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】この発明の実施の形態１による熱交換器、及びその製造装置を示す断面図である。
【図２】この発明の実施の形態１による製造方法における端部拡管の状況を示す断面図である。
【図３】この発明の実施の形態１による製造方法におけるテーパ部成型の状況を示す断面図である。
【図４】この発明の実施の形態１による製造方法における全長拡管の状況を示す断面図である。
【図５】この発明の実施の形態１による製造方法におけるフレア部成形の状況を示す断面図である。
【図６】この発明の実施の形態１による製造方法における熱交換器と製造装置の分離の状況を示す断面図である。
【図７】この発明の実施の形態２による熱交換器、及びその製造装置を示す断面図である。
【図８】この発明の実施の形態２による把持部２の形状を変えた場合の把持力の測定結果を示す図である。
【図９】この発明の実施の形態３による熱交換器、及びその製造装置を示す断面図である。
【図１０】この発明の実施の形態４による熱交換器、及びその製造装置を示す断面図である。
【図１１】この発明の実施の形態５による空気調和機の室外機を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００２２】
１  フィン
２  管
２ａ  拡管部
２ｂ  テーパ状部
２ｄ  フレア部
４  ビレット
６  把持体
８  フレアポンチ
１０  熱交換器
１１  ファン
１２  圧縮機
１３  電気品箱
１４  底板
１５  筐体
１６  天板
【図１】
0005280726.tif 000002
【図２】
0005280726.tif 000003
【図３】
0005280726.tif 000004
【図４】
0005280726.tif 000005
【図５】
0005280726.tif 000006
【図６】
0005280726.tif 000007
【図７】
0005280726.tif 000008
【図８】
0005280726.tif 000009
【図９】
0005280726.tif 000010
【図１０】
0005280726.tif 000011
【図１１】
0005280726.tif 000012